这些一维碳纳米材料包括单壁和多壁碳纳米管(CNT)、带状和板状碳纳米纤维、竹状碳纳米管、杯状堆叠碳纳米纤维等。[7–10] 一维材料广泛应用于复合材料、涂层、传感器、电化学储能和电催化剂,利用其强度、导电性、低密度、宽带电磁吸收、高表面积和化学稳定性。[11–14] 由于其广泛的用途和科学兴趣,找到合成一维碳材料的新方法仍然至关重要。形成一维碳材料的大多数合成策略,包括电弧放电、激光烧蚀、化学气相沉积、等离子炬和高分压一氧化碳,都涉及在催化金属表面移动原料中的碳原子,然后碳原子生长成石墨一维形貌。 [15] 当前的这些方法通常会生成需要分离的一维材料和无定形碳的混合物,而一维材料的合成通常存在生产率低(< 1 gh −1 )的问题。[16–18]
全球能源需求不断增长及其相关的温室气体排放所造成的能源危机促使人们迫切需要控制和减轻大气中的二氧化碳水平。利用二氧化碳作为碳库生产增值产品是循环经济的基石。在二氧化碳利用策略中,通过电化学还原二氧化碳转化为燃料和化学品由于其多功能性和最终产品的灵活性而蓬勃发展。尽管 C 2 和 C 2 + 化合物在化学和经济上是更具吸引力的目标,需要先进的催化材料,但其中大多数研究都集中在 C 1 产品上。尽管 C 2 + 产品的形成途径复杂,但它们的多种多样的应用促使人们寻找合适的电催化剂。在这篇综述中,我们全面收集和分析了 C 2 + 产品方面的进展,不仅考虑了催化剂设计和电化学特性,还考虑了技术经济方面,以设想最有利可图的方案。这项最先进的分析表明,将 CO2 电化学还原为 C2 产品将在化学工业脱碳中发挥关键作用,为低碳未来铺平道路。
生物质衍生化学品的氢化对于生产生物燃料和增值化学品具有重要意义。生物质还原的热化学过程通常使用氢气作为还原剂,在高温和高压下进行。本文,作者研究了 5-羟甲基糠醛 (HMF) 直接通电还原为生物聚合物前体 2,5-双(羟甲基)呋喃 (BHMF)。注意到先前关于这种转化的报告中电流密度有限,因此研究了一种由三元金属纳米树枝状晶体与阳离子离聚物混合而成的混合催化剂,后者旨在提高局部 pH 值并促进表面质子扩散。该方法在使用专为 p-d 轨道杂化设计的 Ga 掺杂 Ag-Cu 电催化剂实施时,可控制对 BHMF 的选择性,在 100 mA cm −2 时实现 58% 的法拉第效率 (FE) 和 1 mmol cm −2 h −1 的生产速率,后者的速率与之前最好的报告相比翻了一番。
化石燃料消耗过多,能源需求不断升级以及环境问题迫使我们追求替代的本地能源转换和存储设备。1可充电 - 空气电池由于其高能量密度(1086 W H kg 1),安全性,无毒性和环境友好而引起了下一代储能系统的有希望的替代方案。2这是一种具有开放式电池结构的电化学储能技术,它可以通过锌金属和氧气之间的氧化还原反应产生电力,从而可以连续,取之不尽的氧气供应。3然而,由于空气电极的活性不足,尚未实现稳定的功率输出和长期稳定性。氧还原反应(ORR)和氧气进化反应(OER)的动力学慢性动力学阻碍了电池的整体表现。因此,需要对ORR和OER的有效电催化剂,以减少反应能量屏障并增加活性和稳定性。4,5最近取消基于非差异金属的催化剂,它可以表现出可比的催化活性,并且比基准催化剂(PT/RUO 2)具有相当的催化活性,并且在电化学能量储存和转换方面取得了巨大进展。6–9
对氧气还原反应(ORR)活性的电活性和具有成本效益的电催化剂的简单设计对于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的商业化中的能量转化至关重要。在本文中,我们合成了稳定的Ni的稳定的电活性双金属催化剂,该催化剂以低负载的Pt纳米颗粒锚定,并用作催化剂整合的支持材料(PT3-NI/G)。它表现出最大的电化学表面积(ECSA,108.56 m2/gpt),质量活性(2.2 a mgpt)和特定活性(3.47 mA cm -2),表示出色的ORR活性。此外,通过0.2 mgPTCM -2 pt3-ni/g作为阴极的可伸缩PEMFC制造,活性面积为25 cm 2,不锈钢-314L(SS-314L)用作蛇纹石流场。此策略在电流密度1.59 a cm -2时提供了71.25 W mgpt -1的最大功率输出。此外,即使连续循环4小时,基于PT3-Ni/c/pt/c,基于PT/C的PT/C系统也提供了恒定的功率输出(68.75 W mgpt -1)。
已证明,基于石墨烯的碳材料中的晶格缺陷在改善支持金属催化剂的氢进化反应(她)行为方面起着至关重要的作用。然而,准确地操纵最佳碳结构缺陷的强度和分布仍然是一个重要的挑战。在此,石墨烯纳米球的微观结构(GNS)以缺陷分布和石墨化度的形式通过退火准确地调节。最佳电催化剂(RU@GNS300)是通过在300 C下退火来实现的,在10 mA CM 2的电流密度下,超电势为40 mV,并在1 M KOH的性能测试中效果较高。尤其是Ru@GNS催化剂已在透射电子显微镜的原位退火,以监测其结构演化。结果表明,Ru纳米颗粒的聚集尚未观察到900 C,而碳支持的石墨化度随温度升高而增加。值得注意的是,RU@GNS300的优化电催化活性源自退火诱导的GNS的缺陷。因此,缺陷工程对碳支持的结构优化提供了一种有效的方法来改善她的催化性能。©2020 Elsevier Ltd.保留所有权利。
对氧气还原反应(ORR)活性的电活性和具有成本效益的电催化剂的简单设计对于质子交换膜燃料电池(PEMFC)的商业化中的能量转化至关重要。在本文中,我们合成了稳定的Ni的稳定的电活性双金属催化剂,该催化剂以低负载的Pt纳米颗粒锚定,并用作催化剂整合的支持材料(PT3-NI/G)。它表现出最大的电化学表面积(ECSA,108.56 m2/gpt),质量活性(2.2 a mgpt)和特定活性(3.47 mA cm -2),表示出色的ORR活性。此外,通过0.2 mgPTCM -2 pt3-ni/g作为阴极的可伸缩PEMFC制造,活性面积为25 cm 2,不锈钢-314L(SS-314L)用作蛇纹石流场。此策略在电流密度1.59 a cm -2时提供了71.25 W mgpt -1的最大功率输出。此外,即使连续循环4小时,基于PT3-Ni/c/pt/c,基于PT/C的PT/C系统也提供了恒定的功率输出(68.75 W mgpt -1)。
太阳能驱动水分解的持久性能和高效率是光电化学 (PEC) 电池尚未同时实现的巨大挑战。虽然由 III-V 族半导体制成的光伏电池可以实现很高的光电转换效率,但它们与电催化剂的功能集成以及工作寿命仍然是巨大的挑战。在此,超薄 TiN 层被用作埋层结 n + p-GaInP 2 光电阴极上的扩散屏障,使得随后的 Ni 5 P 4 催化剂生长为纳米岛时能够升高温度,而不会损坏 GaInP 2 结。所得 PEC 半电池的吸收损失可以忽略不计,饱和光电流密度和 H 2 释放量与用 PtRu 催化剂装饰的基准光电阴极相当。高耐腐蚀 Ni 5 P 4 /TiN 层在 120 小时内显示出不减损的光电阴极运行时间,超过了之前的基准。通过蚀刻去除电沉积铜(引入的污染物),恢复了全部性能,证明了操作耐用性。 TiN 层扩大了合成条件并防止腐蚀,使 III-V PEC 设备稳定运行,而 Ni 5 P 4 催化剂则取代了昂贵且稀缺的贵金属催化剂。
摘要:使用水电解的绿色氢的生产被广泛认为是最有前途的技术之一。另一方面,氧气进化反应(OER)在热力学上是不利的,需要显着的超电势才能以足够的速度进行。在这里,我们概述了重要的结构和化学因子,这些因素和化学因子影响了代表性的镍铁氧体改性石墨烯氧化石墨烯电催化剂在有效的水分分裂应用中执行。修饰原始和氧化石墨烯的镍铁素体的活性是根据其结构,形态和电化学性质彻底表征的。这项研究表明,Nife 2 O 4 @Go电极对尿素氧化反应(UOR)和水分分割应用都有影响。Nife 2 O 4 @Go被观察到,当电流密度为26.6 mA -CM -2在1.0 m尿素中,1.0 m KOH,扫描速率为20 mV s -1。为UOR提供的TAFEL斜率为39 mV dec -1,而GC/Nife 2 O 4 @Go电极到达10 mA CM -2 -2
摘要生成氢,通过碱性水电解显示出有望作为能源的希望。本评论探讨了选择电极和评估催化剂以提高氢产生的效率和性能的重要意义。它总结了与碱性电解反应有关的激活能量和损失,强调了电极材料和催化剂的必要性。审查还涉及诸如电力消耗和基于铂金属的电催化剂之类的挑战,该催化剂提出了各种电极材料和催化剂,具有较高的活性和氢生产的选择性。此外,它讨论了促进副产品与氢气分离的电解细胞设计。该研究表明,在10、500和1000 mA·Cm -2时,势较低,较低的70、318和361 mV,NIOX/NF表现出强烈的碱氢的演化活性,从而在碱性HER中表现出色。此外,它概述了碱性水电解技术的进步,该技术着重于提高效率和降低与电力消耗相关的运营成本。总体而言,本综述强调了选择电极和评估催化剂在优化碱性水电产生中的作用。